如何在研发工作场所快速进行电磁干扰辐射测试

摘要：本文重点介绍一款实验桌上的电磁干扰测试（EMI）和调试系统。

众所周知，传统的EMI测试，采用电磁兼容测试天线接收被测物（EUT）产生的辐射。这种测试方法，必须要有一个比较开阔的场地和一些比较昂贵的设备，而且需要把被测物和测试仪器组装成为系统后再进行测试。由于工作环境下存在大量的无线电台和射频通信信号，例如：无线广播、WiFi、手机信号灯，这些信号对EMI测试而言，就是“背景噪声”，要进行精确的EMI测试，就必须在暗室进行；如果在普通工作环境下测试，就需要采取先进的背景噪声滤除功能。

现在，对研发工程师而言，以上问题已迎刃而解，海洋仪器推出的OIESA1电磁干扰开发系统，是一套实验桌上的电磁干扰测试和调试系统，它能通过测量模块上的高频电流来评估测量被测物的传导干扰和辐射干扰，适合于在产品开发阶段对PCB板产生的电磁干扰进行测试、修改，进而来评估设计修改的有效性，同时采用配套的近场探头，定位干扰源的位置，发现电路板上的EMI问题，从而能提高工作效率，加快产品开发时间，并降低开发成本。

系统工作原理

大部分情况下，电磁干扰不是一个元件或者一条信号线引起的，而是EUT的整个金属系统通过磁场或者电场方式的耦合而形成。这个金属系统，包括PCB板及其相连的所有线缆和机箱等。金属系统作为一个整体，成为电磁干扰的干扰源，并起到发射电磁干扰的天线的作用。OIESA1系统测试产生电磁干扰的源头，即金属体上的电磁干扰电流，例如从PCB到线缆的电流。

OIESA1系统测量工作在一个导电的基板上进行，这样可以减少测量装置、线缆位置以及环境电磁干扰的影响。把干扰电流通过容性耦合装置耦合到基板上，然后测量这个由容性装置和基板构成的电流回路上的电流 ierr（见下图），这样的测量方法，具有较好的可重复性，从而能正确评估设计修改的有效性。典型的EMI问题，一般是以下两个原因造成的：

1、线缆上的共模干扰

一般是PCB板上有一个或者几个IC芯片的电源滤波考虑不周全，导致电源上的△I噪声通过电源或者地网络，被引入到连接器和线缆，这种电磁干扰在线缆上就成为共模干扰。还有一种可能是差模电流环流经接插件，这样，差模EMI就会成为共模EMI。对于EMI测试，共模干扰的影响比差模干扰要大100到1000倍。也就是说，10mA差模电流引起的干扰，可能与0.01mA共模电流引起的干扰会一样。

利用OIESA1很方便地测量出寄生在电源或者地网络上的电磁干扰的电流，同时还能分别测量出共模电流和差模电流。

2、大面积差模电流环

过长的信号线和不合适的电流回路，会产生大面积的差模电流。远场测试结果与电流环面积成正比。OIESA1系统在测量电流环面积方面，须借助配套各类近场探头进行细致测量。OIESA1系统能方便地测量出电流环上的干扰电流强度，并正确判断出干扰电流是共模还是差模。这样，对EMI问题排除，有很重要的指导意义。

系统组成部分

ESA1电磁干扰开发系统主要由五部分组成：含CS-ESA芯片扫描软件、HFW21射频电流变流器、HFA21 射频分流器、Z23-1 移动屏蔽篷、PA203 前置放大器（20dB增益）、8款3G射频磁场探头、3款3G射频电场探头

1、GP23基板：是测量装置的参考平面，包含有对被测物直流输入电源的滤波器、以及前置放大器的输入和输出接头。镀镍表面，保护能稳定和可靠地连接到HWF21射频电流转换器或HFA21射频电流旁路器。精心设计的带滤波器的基板GP23，允许非常方便地连接前置放大器以及被测设备的电源等。

2、Z23-1屏蔽篷：用于把测量装置和外界电磁场进行隔离。如果问题出在VHF频率范围内，或者需要进行精确的EMI测试时，必须用屏蔽篷把外界的电磁干扰屏蔽掉。屏蔽篷前面很容易打开，方便工程师进行测量和进行电路修改。尺寸：900×500×400mm

3、HFW21高频电流转换器和HFA21高频电流旁路器

HFW21高频电流转换器是一个迷你型直流线路阻抗稳定网络（LISN），能测量电源线上的高频电流，且能分别测量共模电流和差模电流。把HFW21串接到EUT被测单元的电源电路中，高频电流通过容性耦合，转移到HFW21电流变送器的金属底板上，金属底板和GP23基板靠在一起，因而HFW21能把寄生在电源线上的高频电流转移到基板上，EUT产生的高频电流流过转换器时，HFW21内部电路能测量到电流强度，并通过50欧姆“HF OUT”输出到前置放大器输入端。利用HFW21，能测量出PCB上各类电压电源（如5V、3.3V、2.5V、12V、-5V等）和相应网络（如数字地、模拟地）上的干扰电流强度。

HFA21高频电流旁路器可以把信号线或电路模块上的高频电流引导到基板上，从而实现电磁干扰的精确测量。HFA21分流器由电容组成，能把待测电流转移到基板上，HFA21上有100nF、10nF、1nF、100pF、10pF等旁路电容，分别旁路不同频率的电流。利用旁路器，能测量PCB或者电缆内信号线上的干扰电流强度。

HFA21高频电流旁路器是对HFW21变送器的一种补充，能提供从被测物到基板的另外一种容性连接，主要用于模拟正常工作方式下的数据线、及其与周围的容性耦合关系。

4、PA203前置放大器：

用于提高近场测量的灵敏度。前置放大器用于对高频电流转换器和近场探头测试的信号进行放大，其输入和输出均为50欧姆，能连接到任意型号50欧姆频谱分析仪或示波器上。测量时，把前置放大器放在屏蔽篷里面，GP23基板为前置放大器的输出和电源提供了滤波。前置放大器的输出信号，经过双屏蔽的BNC线缆连接到频谱分析仪。

5、RF3G近场探头组：利用近场探头，可以探测PCB上以及电缆上的电磁干扰分布情况，准确定位干扰源位置，分析干扰源的发分布区域。

6、CS-ESA芯片扫描软件：用于遥控频谱分析仪，存储并记录测量曲线。这些曲线可以任意相互计算，或者与校正曲线、频率相关的函数曲线或常数进行换算而形成新的曲线。通过直接输入或者通过导入csv文件，可以创建和显示任何数量的极限曲线。ChipScan-ESA的软件功能，能够在开发过程中对使用频谱分析仪的测量提供有益的支持和方便。开发人员还能够快速系统地比较不同的曲线。

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